《传感器原理及工程应用》课程教材电子教案（PPT教学课件）第11章 传感器在工程检测中的应用

第11章传感器在工程检测中的应用 111温度测量 112压力测量 113流量测量 114物位测量 115机械量测量_ 11.6变送器 返回主目录

11.1 温度测量 11.2 压力测量 11.3 流量测量 11.4 11.5 11.6 变送器 第11章 传感器在工程检测中的应用 返回主目录

第1章传感器在工程监测中的应用 在工业生产过程及工程检测中,为了对各种工业参数 (如压力、温度、流量、物位、位移等)进行检测与控制 首先要把这些参数转换成便于传送的信息,这就要用到各种 传感器,把传感器与其它装置组合起来,组成一个检测系统或 调节系统,完成对工业参数的检测与控制 考虑到系统中传感器与其它装置的兼容性与互换性,它们之 间是用标准信号进行传输的,这些标准信号都是符合国际标 准的信号,例如直流电流为4~20mA、直流电压为1~5V、压 力信号为20~-100kPa,以前也曾以直流电流0~-10mA作为通用 的标准信号

第11章 传感器在工程监测中的应用 在工业生产过程及工程检测中, 为了对各种工业参数 （如压力、温度、流量、物位、位移等）进行检测与控制, 首先要把这些参数转换成便于传送的信息, 这就要用到各种 传感器, 把传感器与其它装置组合起来, 组成一个检测系统或 调节系统, 完成对工业参数的检测与控制。 考虑到系统中传感器与其它装置的兼容性与互换性, 它们之 间是用标准信号进行传输的, 这些标准信号都是符合国际标 准的信号, 例如直流电流为4~20 mA、直流电压为1~5 V、压 力信号为20~100 kPa, 以前也曾以直流电流0~10 mA作为通用 的标准信号

对一般输出为非标准信号的传感器,需把传感器的输出 信号通过变送器(或变送器功能模块电路)变换成标准信号, 有了统一的信号形式和数值范围,无论是仪表还是计算机,只 要有同样的输入电路或接口,就可以从各种变送器获得被测 变量的信息,而且便于组成检测系统或调节系统。 在工业自动化仪表中,有些变送器既有信号检测又有变 送,如后面要介绍的压力(差压)变送器、一体化温度变送 器等,这些变送器也可以认为是输出标准信号的传感器 下面将着重介绍工程检测中应用的传感器及变送器

对一般输出为非标准信号的传感器, 需把传感器的输出 信号通过变送器（或变送器功能模块电路）变换成标准信号, 有了统一的信号形式和数值范围, 无论是仪表还是计算机, 只 要有同样的输入电路或接口, 就可以从各种变送器获得被测 变量的信息, 而且便于组成检测系统或调节系统。 在工业自动化仪表中, 有些变送器既有信号检测又有变 送, 如后面要介绍的压力（差压）变送器、 一体化温度变送 器等, 这些变送器也可以认为是输出标准信号的传感器。 下 面将着重介绍工程检测中应用的传感器及变送器

111温度测量 温度概述 1.温度与温标 温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物 体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程 都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度 随着科学技术的发展,对温度的测量越来越普遍,而且对温度 测量的准确度也有更高的要求 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以 测量,只能借助于冷热不同的物体之间的热交换,以及物体的 某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量

11.1 一、 1． 温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。 物 体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程 都是在一定的温度范围内进行的, 需要测量温度和控制温度。 随着科学技术的发展, 对温度的测量越来越普遍, 而且对温度 测量的准确度也有更高的要求。 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以 测量, 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换, 以及物体的 某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量

为了定量地描述温度的高低,必须建立温度标尺,即温标。 温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传感器的温度 数值均由温标确定。历史上提出过多种温标,如早期的经验 温标(摄氏温标和华氏温标),理论上的热力学温标,当前世 界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数值为热力学温 度(符号为T),单位为开尔文(符号为K),1K等于水三相 点热力学温度的 273.16 热力学温度是国际上公认的最基本温度,国际温标最终 以它为准而不断完善。我国目前实行的是1990年国际温标 (ITs-90),它同时定义国际开尔文温度(符号ⅠTS-90)和国 际摄氏温度(tb),T9和t之间的关系为

为了定量地描述温度的高低, 必须建立温度标尺, 即温标。 温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传感器的温度 数值均由温标确定。历史上提出过多种温标, 如早期的经验 温标（摄氏温标和华氏温标）, 理论上的热力学温标, 当前世 界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数值为热力学温 度（符号为T）, 单位为开尔文（符号为K）, 1 K等于水三相 点热力学温度的 。 热力学温度是国际上公认的最基本温度, 国际温标最终 以它为准而不断完善。我国目前实行的是1990年国际温标 （ITS-90）, 它同时定义国际开尔文温度（符号ITS-90）和国 际摄氏温度（t90）, T90和t90之间的关系为 273.16 1

90 90 273.15 在实际应用中,一般直接用T和t代替T9和t。 2.温度测量的主要方法和分类 (1)温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂 的测温传感器,就测量系统的功能而言,通常由现场的感温 元件和控制室的显示装置两部分组成,如图11-1所示。简 单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的,一般 在现场使用

273.15 90 90 = −  k T c t 在实际应用中, 一般直接用T和t代替T90和t90 。 2． (1) 温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂 的测温传感器, 就测量系统的功能而言, 通常由现场的感温 元件和控制室的显示装置两部分组成, 如图 11 - 1 所示。简 单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的, 一般 在现场使用

温度传感器 感温元件 显示 R 现场 控制室 图11-1温度传感器组成框图

(2)温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被 测介质接触,可以分成接触式与非接触式两大类。 接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相 接触,当被测温度与感温元件达到热平衡时,温度敏感元件与 被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单, 工作可靠,精度髙,稳定性好,价格低廉等优点。这类测温 方法的温度传感器主要有:基于物体受热体积膨胀性质的膨 胀式温度传感器,基于导体或半导体电阻值随温度变化的电 阻式温度传感器,基于热电效应的热电偶温度传感器

(2) 温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被 测介质接触, 可以分成接触式与非接触式两大类。 接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相 接触, 当被测温度与感温元件达到热平衡时, 温度敏感元件与 被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单， 工作可靠，精度高，稳定性好，价格低廉等优点。这类测温 方法的温度传感器主要有: 基于物体受热体积膨胀性质的膨 胀式温度传感器，基于导体或半导体电阻值随温度变化的电 阻式温度传感器， 基于热电效应的热电偶温度传感器

非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变 化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关,并且以 电磁波形式向四周辐射,当选择合适的接收检测装置时,便可 测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的 各种信号,实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主 要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感 器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感 器的测量滞后和在温度范围上的限制,可测高温、腐蚀、有 毒、运动物体及固体、液体表面的温度,不干扰被测温度场, 但精度较低,使用不太方便

非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变 化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关, 并且以 电磁波形式向四周辐射, 当选择合适的接收检测装置时, 便可 测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的 各种信号, 实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主 要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感 器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感 器的测量滞后和在温度范围上的限制, 可测高温、 腐蚀、 有 毒、 运动物体及固体、 液体表面的温度, 不干扰被测温度场, 但精度较低, 使用不太方便

膨胀式温度传感器 根据液体、固体、气体受热时产生热膨胀的原理,这类 温度传感器有液体膨胀式、固体膨胀式和气体膨胀式 1.液体膨胀式 在有刻度的细玻璃管里充入液体(称为工作液,如水银、 酒精等)构成液体膨胀式温度计。常用的有水银玻璃温度计 和电接点式温度计,这种温度计远不能算传感器,它只能就地 指示温度

二、 膨胀式温度传感器 根据液体、 固体、 气体受热时产生热膨胀的原理, 这类 温度传感器有液体膨胀式、 固体膨胀式和气体膨胀式。 1． 在有刻度的细玻璃管里充入液体（称为工作液, 如水银、 酒精等）构成液体膨胀式温度计。常用的有水银玻璃温度计 和电接点式温度计, 这种温度计远不能算传感器, 它只能就地 指示温度